Corrosão galvânica – causas, mecanismo e prevenção

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A corrosão galvânica, também conhecida como corrosão por contato, corrosão bimetálica ou corrosão bimetálica , é uma forma de corrosão eletroquímica que ocorre quando dois metais ou ligas diferentes estão em contato elétrico um com o outro e simultaneamente imersos em um ambiente condutor, ou seja, um eletrólito.

Nessas condições, ele é criado. célula galvânicaUm material torna-se o ânodo e sofre corrosão acelerada, enquanto o outro atua como cátodo e é protegido. A corrosão galvânica é significativa em estruturas feitas de diversos materiais, particularmente em instalações hidráulicas, químicas, marítimas, energéticas e de construção, bem como em conexões entre aço inoxidável e aço carbono, alumínio, cobre ou outros metais.

O que é corrosão galvânica?

A corrosão galvânica ocorre como resultado de uma diferença de potencial eletroquímico entre dois materiais metálicos diferentes.
Se os materiais forem:

conectado eletricamente,
e ao mesmo tempo estarão em contato com o eletrólito,

A corrente elétrica pode começar a fluir entre eles.
O metal com maior potencial ativo torna-se ânodo e sofre dissolução acelerada.
O metal torna-se mais nobre. cátodo e sua corrosão é limitada.

Condições para a ocorrência de corrosão galvânica

Para que a corrosão galvânica típica ocorra, três condições básicas devem ser atendidas:

Warunek	Significado
Diversos materiais metálicos	Os materiais apresentam diferentes potenciais eletroquímicos em um determinado ambiente.
Contato elétrico	Permite o fluxo de elétrons entre metais.
eletrólito	Isso permite o transporte de íons e o fechamento do circuito eletroquímico.

Se uma dessas condições for eliminada, o funcionamento da célula galvânica é interrompido.

Como funciona uma célula galvânica?

Em um sistema com dois metais diferentes, um material torna-se o ânodo e o outro o cátodo.
O processo de oxidação do metal ocorre no ânodo:
M → Mⁿ⁺ + não^-
Os átomos de metal passam para o eletrólito na forma de íons. Isso representa uma perda real de material.
Os elétrons fluem através da junção metálica até o cátodo, onde ocorrem as reações de redução.

Em vigor:

O ânodo corrói mais rapidamente,
O cátodo está protegido.

O que poderia ser um eletrólito?

O eletrólito não precisa ser um ácido agressivo ou uma solução química forte.

Na prática, o seguinte pode ser suficiente:

água do mar,
água da torneira,
água tecnológica,
água da chuva,
umidade atmosférica,
condensado,
soluções salinas,
solo úmido,
ambientes químicos.

Um eletrólito particularmente eficaz é a água contendo sais dissolvidos.
Portanto, o problema da corrosão galvânica é particularmente importante em ambientes marinhos e na presença de cloretos.

Série galvânica dos metais

A suscetibilidade à corrosão galvânica pode ser avaliada de forma aproximada com base em série galvânica específico para um ambiente específico.
Metais que se encontram no lado mais reativo da série têm maior tendência a se comportarem como ânodos.
Materiais mais nobres têm maior tendência a se comportarem como cátodo.
Um exemplo de arranjo simplificado de materiais no ambiente marinho pode ser apresentado da seguinte forma:

coisas	Natureza eletroquímica
Magnésio	muito ativo
Zinco	ativo
alumínio e seus pés	relativamente ativo
Aço carbono	ativo
cobre e os pés dela	mais nobre
Aços inoxidáveis em estado passivo	nobre
Titânio	muito nobre no estado passivo

Esta é uma lista indicativa. A posição de um material na série galvânica depende do ambiente e da condição de sua superfície.
Portanto, a série galvânica não deve ser tratada como uma tabela universal válida para todas as condições.

Aço inoxidável e aço carbono

Uma relação muito comum é entre o aço inoxidável e o aço carbono comum.
Em muitos ambientes, o aço inoxidável passivo é mais nobre que o aço carbono.
Após a combinação de ambos os materiais na presença de um eletrólito:

O aço inoxidável pode atuar como cátodo.
O aço carbono pode se tornar um ânodo e corroer mais rapidamente.

Isso não significa que toda combinação de aço inoxidável e aço carbono levará automaticamente a uma corrosão severa.
Também são importantes:

tipo de ambiente,
condutividade eletrolítica,
a proporção da superfície de ambos os materiais,
tempo de molhamento,
temperatura,
geometria da estrutura.

Aço inoxidável e alumínio

A combinação de alumínio e aço inoxidável requer atenção especial.
Em muitos ambientes, o aço inoxidável em seu estado passivo é muito mais nobre que o alumínio.
Se o alumínio for conectado eletricamente ao aço inoxidável e um eletrólito for formado, o alumínio pode se tornar o ânodo.
O risco é particularmente elevado em:

ambiente marinho,
presença de sal de estrada,
condições de umidade constante,
Estruturas com uma grande superfície de aço inoxidável e uma pequena superfície de alumínio.

Materiais isolantes elétricos são frequentemente usados nessas conexões.

Aço inoxidável e cobre

O aço inoxidável e o cobre podem ser usados na mesma instalação, mas a possibilidade de interações galvânicas deve ser avaliada para o ambiente específico.
Em água eletricamente condutora, a diferença de potencial entre os materiais pode levar à formação de uma célula galvânica.
O que importa principalmente é:

composição da água,
temperatura,
condutividade elétrica,
relação de área superficial dos materiais,
condições de fluxo.

relação entre a área da superfície do ânodo e a área da superfície do cátodo

Um dos fatores mais importantes que determinam a taxa de corrosão galvânica é relação entre a área da superfície do cátodo e a área da superfície do ânodo.
A situação é particularmente perigosa:
ânodo pequeno + cátodo grande
A grande área da superfície catódica pode sustentar uma reação catódica significativa, enquanto o processo de dissolução anódica se concentra em uma área pequena.
Isso causa uma densidade de corrente anódica muito alta e pode levar à destruição rápida e localizada do metal menos nobre.

Ânodo pequeno e cátodo grande – exemplo

Imagine um pequeno pedaço de aço carbono conectado a uma grande superfície de aço inoxidável.
Se a estrutura for umedecida com eletrólito:

O aço carbono pode se tornar um ânodo,
O aço inoxidável pode funcionar como um cátodo de grandes dimensões.

Todo o processo anódico é então concentrado em uma pequena área de aço carbono.
A corrosão pode ser muito mais rápida do que em um componente feito inteiramente de aço carbono.

Ânodo grande e cátodo pequeno

A seguinte configuração é muito mais vantajosa:
ânodo grande + cátodo pequeno
A corrente anódica é então distribuída por uma grande superfície.
A densidade de corrente de corrosão por unidade de área do ânodo é menor, portanto a taxa de corrosão local pode ser muito menor.

Exemplo – parafusos de aço inoxidável em uma estrutura de aço

Um pequeno parafuso de aço inoxidável montado em um componente grande de aço carbono geralmente cria uma relação de área de superfície mais favorável:

pequeno cátodo – parafuso de aço inoxidável,
Ânodo de grandes dimensões – construção em aço carbono.

A situação oposta pode ser muito mais perigosa.
Um pequeno elemento de aço carbono conectado a uma grande área de superfície de aço inoxidável pode estar sujeito a uma corrosão galvânica muito intensa.

Danos ao revestimento protetor e corrosão galvânica

Uma situação particularmente perigosa pode surgir quando um material menos nobre é coberto com um revestimento protetor, mas este revestimento é danificado localmente.
Se um pequeno pedaço de material exposto se tornar um ânodo em relação a uma grande superfície catódica, a corrosão poderá se concentrar no ponto danificado.
Portanto, o método de aplicação de revestimentos protetores em sistemas de diferentes metais deve ser cuidadosamente considerado.

Galvanização do aço – utilizando o fenômeno galvânico

O fenômeno galvânico nem sempre é desfavorável.
Pode ser usado para proteger metal.
Um exemplo clássico é aço galvanizado.
O zinco é mais eletroquimicamente ativo que o aço.
Se o revestimento de zinco for danificado localmente, o zinco pode comportar-se como um ânodo e corroer em vez do aço exposto.
Este é o chamado proteção sacrificial.

Ânodos de sacrifício

O fenômeno galvânico também é utilizado na proteção catódica.
Um metal mais eletroquimicamente ativo é fixado à estrutura protegida e corroído intencionalmente.
Entre outros, são utilizados os seguintes ânodos:

zinco,
magnésio,
alumínio.

Esses ânodos são chamados de ânodos de sacrifício ou ânodos galvânicos.
São utilizados, entre outras coisas, para proteger:

cascos de navios,
oleodutos,
tanques,
estruturas marinhas,
Instalações subterrâneas de aço.

Será que dois tipos diferentes de aço inoxidável causam corrosão galvânica?

A combinação de dois tipos diferentes de aço inoxidável não causa necessariamente corrosão galvânica significativa.
Se ambos os materiais estiverem em estado passivo e apresentarem potenciais semelhantes em um determinado ambiente, a diferença de potencial poderá ser pequena.
Portanto, conexões como:

304L com 316L,
316L com 904L,
316L com duplex 2205

Pode operar sem problemas galvânicos graves em diversos ambientes.
No entanto, a situação deve sempre ser avaliada à luz das condições operacionais reais.

Estados ativo e passivo do aço inoxidável

No caso dos aços inoxidáveis, a condição da superfície é de particular importância.
O aço inoxidável no estado passivo é coberto por uma camada passiva e apresenta um potencial eletroquímico relativamente nobre.
Se a camada passiva for destruída e o material se tornar localmente ativo, seu comportamento eletroquímico pode mudar significativamente.
Portanto, ao avaliar o risco de corrosão galvânica, não basta conhecer apenas o nome ou o número da classe do aço.

A diferença de potencial é suficiente para prever a taxa de corrosão?

Não.
Uma grande diferença de potencial entre materiais indica a possibilidade de corrosão galvânica, mas não determina, por si só, a sua taxa real.
Também são importantes:

cinética da reação catódica,
polarização de materiais,
condutividade eletrolítica,
temperatura,
acesso ao oxigênio,
relação entre a área da superfície do cátodo e a área da superfície do ânodo,
distância entre elementos,
geometria da estrutura.

Portanto, uma tabela de potencial simples não deve ser a única base para a seleção de materiais.

Influência da condutividade do eletrólito

Quanto maior a condutividade elétrica do meio, mais fácil é para a corrente fluir em uma célula galvânica.
Portanto, é particularmente perigoso. água do mar, que, graças ao seu alto teor de sais dissolvidos, é um bom eletrólito.
Em água com condutividade muito baixa, a interação galvânica pode ser muito mais fraca e espacialmente limitada.

Corrosão galvânica em água do mar

O ambiente marinho cria condições muito favoráveis para a formação de células galvânicas.
Os seguintes eventos ocorrem simultaneamente:

alta condutividade eletrolítica,
cloretos,
contato constante ou periódico com água,
um grande número de materiais de construção diferentes.

Portanto, em estruturas marítimas, a possibilidade de contato é analisada com particular cuidado:

aço inoxidável com aço carbono,
aço inoxidável com alumínio,
aço com cobre e suas ligas,
diversas ligas de alumínio,
diversos tipos de aço inoxidável.

Como prevenir a corrosão galvânica?

Os métodos mais importantes para reduzir a corrosão galvânica são:

evitar combinações desfavoráveis de diferentes metais,
Selecionar materiais com os potenciais galvânicos mais semelhantes em um determinado ambiente.
isolamento elétrico de vários metais,
Uso de arruelas, buchas e espaçadores isolantes,
limitando o contato da estrutura com o eletrólito,
utilização de revestimentos protetores adequados,
Evitar a configuração de ânodo pequeno e cátodo grande,
projeto adequado de conexões,
uso de proteção catódica,
Uso de ânodos de sacrifício.

Isolamento elétrico de vários metais

Um dos métodos mais eficazes para prevenir a corrosão galvânica é interromper o contato elétrico entre materiais diferentes.
Entre outras opções, podem ser utilizadas as seguintes:

almofadas isolantes,
buchas de plástico,
juntas isolantes,
revestimentos não condutores,
espaçadores feitos de materiais isolantes.

Se os elétrons não puderem fluir entre os metais, uma célula galvânica clássica não funcionará corretamente.

Corrosão galvânica e corrosão em frestas

A corrosão galvânica e a corrosão por frestas são mecanismos diferentes, mas podem ocorrer simultaneamente na mesma combinação.

Característica	Corrosão galvânica	corrosão em frestas
A principal causa	contato de diferentes materiais com diferentes potenciais	condições químicas locais dentro da fenda
Você precisa de dois metais diferentes?	Sim, em uma célula galvânica clássica.	nie
É necessário repor eletrólitos?	tak	tak
Um lugar típico	contato de dois materiais diferentes	sob uma junta, arruela, sedimento ou em uma fresta estreita

Corrosão galvânica e corrosão por pite

A corrosão galvânica também não é o mesmo fenômeno que a corrosão por pites.
A corrosão por pite pode ocorrer em um material devido a danos localizados na camada passiva, especialmente na presença de cloretos.
A corrosão galvânica resulta da interação eletroquímica de diversos materiais conectados eletricamente na presença de um eletrólito.
No entanto, em projetos práticos, ambos os mecanismos podem ocorrer simultaneamente.

Os erros de projeto mais comuns

Erros de projeto aparentemente insignificantes muitas vezes levam a problemas de corrosão galvânica.
Estes incluem:

união direta de alumínio a aço inoxidável em ambiente marinho,
a utilização de pequenos elementos de aço carbono com uma grande área de superfície de aço inoxidável,
Não há isolamento elétrico entre metais diferentes.
projetando áreas de retenção de água,
danos aos revestimentos protetores,
uso de fixadores inadequados,
Não levar em consideração as condições reais de operação.

Corrosão galvânica – as conclusões mais importantes

A corrosão galvânica ocorre quando Dois materiais metálicos diferentes estão em contato elétrico e simultaneamente na presença de um eletrólito..
O material mais ativo torna-se o ânodo e sofre corrosão acelerada, enquanto o material mais nobre atua como cátodo.
O sistema é particularmente perigoso. ânodo pequeno – cátodo grande, porque o processo de corrosão se concentra em uma pequena área do material do ânodo.
Ao projetar conexões de aço inoxidável, deve-se prestar atenção especial ao contato com alumínio, aço carbono, cobre e outros metais.
O risco depende não apenas do tipo de materiais que estão sendo conectados, mas também de sua relação de área superficial, tipo de eletrólito, temperatura, condutividade ambiental e geometria de construção..
As formas mais eficazes de limitar a corrosão galvânica são a seleção adequada de materiais, a interrupção do contato elétrico, a limitação do acesso do eletrólito e o projeto apropriado da relação entre a área da superfície do ânodo e a área do cátodo.

A corrosão pode ocorrer por diversos mecanismos, dependendo do material, do ambiente e das condições de operação. Saiba mais sobre outros tipos de corrosão:

Tipos de corrosão do aço e dos metais

Corrosão uniforme do aço e dos metais
Corrosão por pite em aços inoxidáveis
Corrosão por frestas em aços inoxidáveis
Corrosão intergranular do aço inoxidável
Trincas por corrosão sob tensão (SCC)
Corrosão galvânica
corrosão erosiva
corrosão por cavitação
Fadiga por corrosão
corrosão por atrito
Corrosão microbiológica (MIC)
Corrosão em alta temperatura

Divisão da corrosão de acordo com o ambiente

Corrosão marinha – corrosão do aço e de outros metais em água do mar.
Korozja atmosferyczna
corrosão do solo
Corrosão em água doce e industrial
Corrosão em ambientes com cloreto
Corrosão em ambientes ácidos
Corrosão em ambientes alcalinos
Corrosão em gases e gases de escape
Corrosão em sistemas de esgoto e redes de esgoto
Corrosão em ambientes químicos e petroquímicos

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